【正文】 圖 420 連桿受拉工況下的 Z 軸變形 32 (4)[DOF SolutionTranslation USUM Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain的框中不填 OK][19]，如圖 421 所示。 (1)[點(diǎn)擊 Set 后：默認(rèn)對(duì) 1號(hào)零件劃分網(wǎng)格 Element type number=1 SOLID187；Material number=1]。39。 (2)使用螺旋命令，建立螺紋。 建立連桿大頭部位凸臺(tái) ，如圖 45所示。 ，繪制基本曲線，運(yùn) 用直線、圓、倒角、剪切等命令按照設(shè)計(jì)的尺寸繪制出輪廓曲線。 連桿桿身所受的是非對(duì)稱的交變循環(huán)載荷，把 x? 或 y? 看作循環(huán)中的最大應(yīng)力，看作是循環(huán)中的最小應(yīng)力，即可求得桿身的疲勞安全系數(shù)。 12 第 3 章 連桿的 強(qiáng)度、剛度計(jì)算 連桿小頭的強(qiáng)度校核 以過盈壓入連桿小頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。連桿桿身采用工字形截面，其長(zhǎng)軸位于連桿擺動(dòng)平面，這種截面對(duì)材料利用得最為合理，這是由于連桿在擺動(dòng)平面內(nèi)上下兩端的連接相當(dāng)于鉸支，而在垂直連桿擺動(dòng)平面的方向，其上下兩頭的連接則相當(dāng)于兩端固定的壓桿，故后者穩(wěn)定性好，允許的失穩(wěn)臨界力大。連桿長(zhǎng)度越短，即 ? 越大，則可降低發(fā)動(dòng)機(jī)高度，減輕運(yùn)動(dòng)件重量和整機(jī)重量，對(duì)高 8 速化有利，但 ? 大，使二級(jí)往復(fù)慣性力及氣缸側(cè)壓力增大，并增加曲軸平衡塊與活塞、氣缸相碰的可能性。在力的作用下，桿身應(yīng)該不致被顯著壓彎，連桿大小頭也應(yīng)該不致顯著失圓。 CAD、 Pro/E 軟件對(duì)連桿進(jìn)行了三維幾何建模，在利用 ANSYS 軟件進(jìn)行連桿的前處理過 程中，包括實(shí)體建模、定義材料屬性、定義單元類型、網(wǎng)格劃分；求解過程，包括施加約束、施加載荷、進(jìn)行求解計(jì)算；后處理過程，包括結(jié)果的觀察、分析和檢驗(yàn)。 隨著汽車工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能及可靠性要求越來(lái)越高，而連桿的強(qiáng)度、剛度對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性及可靠性至關(guān)重要，因此國(guó)內(nèi)外各大發(fā)動(dòng)機(jī)研制公司對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用材料及制造技術(shù)的研究都非常重視。 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展，汽車工業(yè)也得到飛速提高，國(guó)內(nèi)近幾年汽車產(chǎn)量和銷量如下表： 表 汽車產(chǎn)銷量表 年度 總產(chǎn)量 總銷量 乘用車 商用車 產(chǎn)量 銷量 產(chǎn)量 銷量 07 年 570． 77 08 年 09 年 汽車產(chǎn)量 和保有量的迅速增長(zhǎng)導(dǎo)致了石油能源需求的矛盾加劇，使中國(guó)成為了石油進(jìn)口大國(guó)，每年需進(jìn)口石油總產(chǎn)量的百分之三十。目前，有限元法已日趨成熟實(shí)用，所應(yīng)用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。 本科學(xué)生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 4110 柴油機(jī)連桿設(shè)計(jì)及有限元分析 系部名稱 ： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 附件：畢業(yè)論文排版示例 項(xiàng)目 名華文中宋 四號(hào)字， 填 加文字楷體_GB2312小三號(hào)居下劃線中 宋體三號(hào)字，字間加一個(gè)空格，居中加黑，日期不加黑 論文封面示例，同前 The Graduation Design for Bachelor39。有限元方法是近似求解一般連續(xù)問題的數(shù)值方法，它最先應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析，很快就廣泛應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場(chǎng)、流體力學(xué)等連續(xù)問題。 20xx 年中國(guó)進(jìn)口了 億噸原油和 4000 萬(wàn)噸成品油，共花了 420 億美元，以后將會(huì)逐年增加。 目前，碳素鋼和合金鋼連桿、非調(diào)質(zhì)鋼連桿、粉末冶金連桿、鈦合金連桿等都有很廣泛的應(yīng)用，但在力學(xué)性能、生產(chǎn)成本等各個(gè)方面又各有優(yōu)劣。經(jīng)過這三個(gè)環(huán)節(jié)，就完成了基于 ANSYS 的連桿強(qiáng)度分析。桿身彎曲會(huì)使活塞相對(duì)于氣缸、軸承相對(duì)于軸頸發(fā)生歪斜；也的失圓會(huì)使軸承失去正常配合。 在現(xiàn)代高速內(nèi)燃機(jī)中，連桿長(zhǎng)度的下限大約是 l=，即 ? =1/，上限大約是l=4R。若想使連桿在相同載荷作用下，這兩個(gè)平面內(nèi)的穩(wěn)定性相同，則必須 Ix≈4Iy,據(jù)統(tǒng)計(jì) Ix=（ 2～ 3） Iy，這使連桿在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)有較大的抗彎能力。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則 隨工作時(shí)溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應(yīng)力也增大。 循環(huán)的應(yīng)力幅 a? 和平均應(yīng)力 m? ，在連桿擺動(dòng)平面為 ： M P ax 1a ????? ??? （ ） M P ax 8 12 9 7 02 1m ????? ??? （ ） 在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)為 ： MPay 9 2 82 1a ????? ??? （ ） MPay 6 02 9 2 82 1m ????? ??? （ ） 連桿桿身的安全系數(shù)為 ： ma ????????? 1n （ ） 17 式中 ： 1? — 材料在對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限， 21 ~ ??? 2N/mm （ 碳素 鋼），取 21 ??? 2N/mm ； ?? — 材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱的敏感系數(shù)，取 ?? =； ?? —工藝系數(shù)， ~??? ，取 。 。 圖 45 連桿平切口凸臺(tái) 【插入】→【拉伸】命令進(jìn)入。 。21 m a x 39。 (點(diǎn)選 Smart Size 精度設(shè)置在 4～ 6之間 ) (2)[點(diǎn)擊 Set 后：默認(rèn)對(duì) 1號(hào)零件劃分網(wǎng)格 Element type number=2 SOLID92；Material number=2]。 圖 421 連桿受拉工況下的總變形 變形結(jié)果分析： x 方向最大變形為 ， y方向最大變形為 ， z方向大變形為 ，總方向變形為 。 圖 419 連桿受拉工況下的 Y 軸變形 (3)[DOF SolutionTranslation UZ Def Shape Only Fact Optional Scale Factor =1 Interpolation Nodes 中 選擇 1 Corner Only Eff Nu for Eqv Strain 的框中不填 OK]，如圖 420 所示。這些屬性對(duì)有限元分析來(lái)說，非常重要，不僅影響到網(wǎng)格劃分，而且最關(guān)鍵的是，對(duì)求解的精度影響極大 ，如圖 414所示。這時(shí)連桿小頭載荷為： 1 m a x 1 m a x m a x 1 m a x 1 3 2 6 6 5 1 4 2 8 5 .6 3 5 9 1 1 8 3 7 9 .3 6 4 1K z J z JP P P P P N? ? ? ? ? ? ? （ ） 這個(gè)力在小頭內(nèi)孔表面積上產(chǎn)生的壓力為： 39。 (1)使用拉伸命令，建立圓柱。 ，繪制基本曲線，運(yùn)用直線、圓、倒角、剪切等命令按照設(shè)計(jì)的尺寸繪制出輪廓曲線，確定后，選擇去材料。 選擇菜單中的【插入】→【拉伸】命令進(jìn)入。 則 在垂直于擺動(dòng)平面內(nèi)的合成應(yīng)力為 ： 5 1 7 ???y? MPa x? 和 y? 的許用值為 400~250 MPa ，所以校核合格。 之后 分別確定了連桿小頭、連桿桿身、連桿大頭 、以及螺栓 的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) ，還對(duì) 各 個(gè) 部件的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了分析。根據(jù)《柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖表 國(guó)產(chǎn)典型中小功率高速柴油機(jī)連桿結(jié)構(gòu)參數(shù)表得到以下數(shù)據(jù)： Dd )~(1 ? mmDd ??取 11 dB? mmB ?取 ?? ? d)~(D 1 ? 1 ??取 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 桿身結(jié)構(gòu)型式 連桿桿身的截形十分重要 ,它應(yīng)能在保證強(qiáng)度的前提 下有盡量較輕的重量 ,此外 ,還要有利于該截面形狀向大端、小端的過渡 ,因此柴油機(jī)連桿桿身常采用工字形截面。 連桿長(zhǎng)度 L（即連桿大小頭孔中心距）與結(jié)構(gòu)參數(shù) lR?? （ R 為曲柄半徑）有關(guān)。 連桿必須具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強(qiáng)度。 4110 柴油機(jī)的性能特點(diǎn)，嚴(yán)格按照《柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》的要求，進(jìn)行了該柴油機(jī)連桿的設(shè)計(jì)，選定了連桿的結(jié)構(gòu) 型式、大小頭及桿身的結(jié)構(gòu)和尺寸，以及潤(rùn)滑方式、定位方式等，再進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)算，完成 連桿的設(shè)計(jì)過程。還有一大批新款歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)汽車柴油機(jī)正在研制之中。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿精確的分析，可以為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)提供可靠的相關(guān)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)、改進(jìn)的周期和成本 ，提高其可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 現(xiàn)今隨著計(jì)算機(jī)技 術(shù)的迅速發(fā)展，特別是各種分析軟件的日益成熟，在發(fā)動(dòng)機(jī)研制開發(fā)過程中，對(duì)其零部件進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬已成為輔助設(shè)計(jì)的重要手段。s Degree Design Of 4110 Diesel Engine Linkage and Finite Element Analysis Candidate: Specialty: Vehicle Engineering Class: B0710 Supervisor: Lecturer. Heilongjiang Institute of Technology 外文封面示例Times New Roman 體，字號(hào)與中文對(duì)應(yīng) 外文封面示例Times New Roman 體，字號(hào)與中文對(duì)應(yīng) I 摘 要 本文 以 4110 柴 油機(jī) 的相關(guān)參數(shù)作為參考， 對(duì)四缸 柴 油機(jī)的連桿進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和尺寸 計(jì)算，并對(duì) 連桿進(jìn)行了 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的理論分析 ，最后運(yùn)用 Pro/E 進(jìn)行三維建模運(yùn)用 ANSYS 進(jìn)行了有限元分析 。對(duì)于一個(gè)連續(xù)體的求解問題，有限元法的實(shí)質(zhì)就是將具有無(wú)限多個(gè)自由度的連續(xù)體，理想化為只有有限個(gè)自由度的單元集合體，單元之間僅在節(jié)點(diǎn)處向連續(xù)，從而使問題簡(jiǎn)化為適合于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)型問題，工 程設(shè)計(jì)人員使用這些系統(tǒng)，就可以高效而正確合理地確定最佳設(shè)計(jì)方案。柴油車得平均油耗要 3 低于汽油車百分之三十。非調(diào)質(zhì)鋼由于其材料的 成本不高，作為一種廉價(jià)的節(jié)能鋼種，非調(diào)質(zhì)鋼正在逐步地取代調(diào)質(zhì)鋼，國(guó)外幾乎完全采用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)連桿。 5 第 2 章 連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與 分析 連桿的運(yùn)動(dòng) 和受力 分析 連桿是柴油機(jī)傳遞動(dòng)力的主要運(yùn)動(dòng)件 ,在機(jī)體中作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng) ,連桿小頭隨活塞作上下運(yùn)動(dòng) ,連桿大頭隨曲軸作高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如果強(qiáng)度不足，在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)過程中一旦發(fā)生連桿桿身、大頭蓋和連桿螺栓斷裂，就會(huì)使機(jī)器受到嚴(yán)重的破壞。連桿長(zhǎng)度的確定必須與所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)整體相適應(yīng)，連桿設(shè) 計(jì)完成后應(yīng)進(jìn)行零件之間的防碰撞校核，應(yīng)校核當(dāng)連桿在最大擺角位置上時(shí)是否與氣缸套的下緣相碰，以及當(dāng)活塞在下止點(diǎn)附近位置上時(shí)活塞下緣是否與平衡重相碰，它們之間的最小距離都不應(yīng)小于 2～ 5毫米 [3]。 連桿桿身截面的高 H 一般大約是截面 寬度的 ～ 倍，而 B 大約等于（ ～） D(D 為氣缸直徑 )。此外，連桿小頭在工作中還承受活塞組慣性力的拉伸和扣除慣性力后氣壓力的壓縮，可見工作載荷具有交變性。 在垂直擺動(dòng)平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為 ： 2 ????? 桿身安全系數(shù)許用值在 ~ 的范圍內(nèi)， 則 校核合格。 ，參照 TOP 面，偏距平移輸入 。定義內(nèi)部草繪，繪制基 本曲線，運(yùn)用直線、圓、倒角、剪切等命令按照設(shè)計(jì)的尺寸繪制出輪廓曲線，確定后，選擇去材料。 如圖 49（ b） 所示。 1 1 8 3 7 9 . 3 6 4 1 4 5 . 0 2 /2 6 2 9 . 3 6 5Kk PP N m mA? ? ? （ ） 連桿大頭上 的載荷為： ? ?2 m a x 1 m a x 2 m a x 3 m a xK z J J z JP P P P P P P? ? ? ? ? ? （ ） 1 3 2 6 6 5 2 3 5 0 5 . 5 5 9 2 1 0 9